幸福水庫(kù)治理工程薄壁抓斗施工問(wèn)題探討

劉 斌

(江西星光建設(shè)工程有限公司，南昌 330025)

0 引 言

薄壁液壓抓斗法防滲墻置換建槽成墻施工技術(shù)自20世紀(jì)90年代出現(xiàn)后，就因施工速度快、造價(jià)低，適用于均值土壤、硬質(zhì)土壤和砂礫石成槽施工等技術(shù)優(yōu)勢(shì)而廣泛應(yīng)用，在成槽過(guò)程中通過(guò)泥漿護(hù)壁，清孔換漿并達(dá)到設(shè)計(jì)要求后灌注混凝土。實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)表明，單臺(tái)液壓抓斗成槽機(jī)械平均施工工效可達(dá)125m2/d，開槽深度可達(dá)65m以上。該項(xiàng)施工技術(shù)已經(jīng)在國(guó)內(nèi)水利工程中得到廣泛應(yīng)用，防滲加固效果良好。

1 工程背景

幸福水庫(kù)位于南昌市新建縣幸福村贛江支流銅源河上，水庫(kù)樞紐主要包括土壩、溢洪道、輸水涵管等水工建筑物，水庫(kù)總庫(kù)容2069萬(wàn)m3，控制流域面積30.2km2，水庫(kù)主要承擔(dān)灌溉、防洪、泄洪、養(yǎng)殖等功能。水庫(kù)工程所在區(qū)域?yàn)闃?gòu)造剝蝕低山丘陵地貌，壩址處為典型的盆地地形，兩岸岸坡山體風(fēng)化嚴(yán)重，壩址下游沖積平地平坦開闊，自上至下依次為含砂礫壤土、壤土和中粗砂卵礫石層。在運(yùn)行過(guò)程中，幸福水庫(kù)大壩、溢洪道及輸水隧洞等建筑開始出現(xiàn)滲漏等病害，狀況復(fù)雜，導(dǎo)致水庫(kù)防泄洪功能功能顯著下降。為此，本次施工招標(biāo)主要進(jìn)行水庫(kù)大壩加固、溢洪道加固及東、西輸水隧洞新建。

2 薄壁抓斗施工技術(shù)要點(diǎn)

2.1 施工準(zhǔn)備

在正式施工開始前，必須進(jìn)行幸福水庫(kù)庫(kù)區(qū)地質(zhì)勘察，并基于此制定切實(shí)可行的施工方案。平整碾壓施工場(chǎng)地后測(cè)量放樣，通過(guò)全站儀進(jìn)行導(dǎo)向槽開挖邊線的測(cè)量定位，并采用白灰劃出開挖施工線，結(jié)束開挖后還應(yīng)再次復(fù)核。

由于所使用的水泥、砂、碎石料等原材料質(zhì)量及配合比對(duì)混凝土流動(dòng)性、和易性及凝結(jié)時(shí)間等影響較大，所以準(zhǔn)備階段還應(yīng)當(dāng)加強(qiáng)原材料性能檢驗(yàn)及配合比設(shè)計(jì)；此外，泥漿是薄壁抓斗防滲墻施工中固壁及攜渣的主要材料，成槽過(guò)程中泥漿發(fā)揮著重要的護(hù)壁、攜渣、潤(rùn)滑及冷卻作用，泥漿質(zhì)量的高低直接影響成槽施工質(zhì)量和施工安全。還必須進(jìn)行固壁泥漿性能檢測(cè)，以保證成孔及混凝土灌注施工質(zhì)量。

綜合考慮本水庫(kù)治理工程地質(zhì)條件，選擇膨潤(rùn)土泥漿，泥漿設(shè)計(jì)配合比為膨潤(rùn)土: Na2CO3:水:CMC=70:1.8:1000:0.8(每m3用量，kg)，并通過(guò)BE-10型泥漿攪拌機(jī)攪拌，具體而言，在開啟攪拌機(jī)前先注水，水面沒過(guò)攪拌葉頂部后開啟攪拌機(jī)，再投放膨潤(rùn)土和Na2CO3，持續(xù)攪拌1/2h后取樣，進(jìn)行泥漿性能檢測(cè)并記錄檢測(cè)結(jié)果；再繼續(xù)攪拌10min左右后再次檢測(cè)泥漿性能，如果兩次檢測(cè)結(jié)果基本相同，則可結(jié)束泥漿制備。制備完成的泥漿還應(yīng)經(jīng)過(guò)20目篩網(wǎng)過(guò)濾后存入儲(chǔ)漿池內(nèi)，本工程膨潤(rùn)土固壁泥漿性能必須符合表1要求。

表1 膨潤(rùn)土固壁泥漿性能參數(shù)要求[1]

為提升施工工效，保證各孔防滲墻從開鉆至混凝土灌注結(jié)束過(guò)程均不間斷順利進(jìn)行，必須加強(qiáng)施工機(jī)械的合理配置，本工程薄壁抓斗施工所配置機(jī)械設(shè)備主要包括5臺(tái)BH-6型抓斗鉆機(jī)、2臺(tái)沖擊式反循環(huán)鉆機(jī)、1臺(tái)1.25m3挖掘機(jī)、1臺(tái)ZL-40B裝載機(jī)、1臺(tái)ZL-50B裝載機(jī)、4輛6m3混凝土輸送車、2臺(tái)QY-16吊車、2臺(tái)BE-10泥漿攪拌機(jī)、2臺(tái)4PN泥漿泵、2臺(tái)GB-40B鋼筋彎曲機(jī)、2臺(tái)CQ-40型鋼筋切斷機(jī)、2臺(tái)GTφ4-14鋼筋調(diào)直機(jī)、3臺(tái)BX1-330交流電焊機(jī)、1臺(tái)UN1-75對(duì)焊機(jī)、1臺(tái)400kVA變壓器、1臺(tái)120kW發(fā)電機(jī)和2臺(tái)JS-750型攪拌機(jī)。

2.2 造孔成槽、終孔及清孔

2.2.1 造孔成槽

本水庫(kù)治理工程壩頂高程180.8m，防滲墻設(shè)計(jì)頂高程180.5m，結(jié)合工程實(shí)際，將造孔成槽施工平臺(tái)設(shè)置在180.5m處。通過(guò)挖掘機(jī)將壩頂高程降至180.5m，所開挖出的土方填筑在壩頂兩側(cè)并碾壓至設(shè)計(jì)密實(shí)度，達(dá)到加寬壩頂?shù)哪康?，加寬后壩頂寬度達(dá)10-12m，滿足液壓抓斗正常通行、抓臂回轉(zhuǎn)等寬度要求。對(duì)于密實(shí)度低、承載力差的碎石土必須摻配水泥置換至均質(zhì)土體，并在其上加鋪厚度25cm的碎石層，為液壓抓斗行走創(chuàng)造條件。出于環(huán)境保護(hù)和文明施工考慮，還在壩軸線下游側(cè)增設(shè)與防滲墻軸線平行的排水溝，并按35m間隔修建與防滲墻軸線垂直的排水溝，下方連接至下游壩腳處污水池。

防滲墻各項(xiàng)指標(biāo)控制以導(dǎo)槽為基準(zhǔn)，導(dǎo)槽具有防滲墻軸線標(biāo)定、固壁泥漿液面穩(wěn)定、槽口兩側(cè)土體支撐、承受頂拔接頭管集中應(yīng)力等作用，本治理工程導(dǎo)槽采用“┓┏”斷面形式，具體見圖1，導(dǎo)槽為C20鋼筋混凝土墻體，槽口設(shè)計(jì)寬度45mm，深70mm，頂寬100mm，頂厚20mm。

防滲墻成槽是控制施工薄壁抓斗施工速度的關(guān)鍵環(huán)節(jié)，本水庫(kù)治理工程防滲墻成槽采用工效8-15m2/h的BH-6型抓斗鉆機(jī)，并配合鉆進(jìn)工效0.5-1.0m/h的沖擊式反循環(huán)鉆機(jī)應(yīng)對(duì)堅(jiān)硬基巖和孤石。槽段總長(zhǎng)3.5-6.5m，其中合攏段長(zhǎng)3.5m，其余段長(zhǎng)6.5m，通過(guò)三抓法成槽施工，先抓取槽段左右兩側(cè)主孔、后抓取中間副孔成槽，具體過(guò)程詳見圖2。

圖1 導(dǎo)槽結(jié)構(gòu)示意圖

圖2 三抓法成槽施工示意圖

在造孔成槽前還應(yīng)采用紅色油漆在導(dǎo)墻頂面標(biāo)出槽段中線，再用石灰標(biāo)出邊界控制線，還應(yīng)重點(diǎn)檢查抓斗油泵、鋼絲繩等處，保證其部件連接及抓斗性能可靠。成槽施工過(guò)程中必須加強(qiáng)抓斗水平位置及垂直度控制，如果偏差超出允許范圍必須立即糾偏，保證抓斗緊貼基坑測(cè)導(dǎo)墻成槽，并在抓斗斗體靠近導(dǎo)槽時(shí)減緩抓斗下沉速度，并避免抓斗和導(dǎo)槽發(fā)生碰撞和摩擦，待抓斗入槽后加速，臨近槽底時(shí)減速[2]。

2.2.2 清孔

待槽孔終孔后全面檢查孔位、孔深、孔斜、槽寬、槽底巖性及套接厚度等，驗(yàn)收合格后通過(guò)清孔抓斗直接抓取孔底淤渣的方式清孔換漿。在結(jié)束換漿后的1h內(nèi)，還應(yīng)再次檢查槽孔內(nèi)泥漿性能指標(biāo)，并確保槽底淤積厚度在10cm以內(nèi)，結(jié)束清孔換漿前應(yīng)采用刷子鉆頭進(jìn)行槽孔端頭泥皮等的分段洗刷，并當(dāng)刷子鉆頭不帶泥屑，槽底淤積層厚不再增加時(shí)結(jié)束。

2.3 澆筑混凝土

清孔結(jié)束后在槽孔內(nèi)下內(nèi)徑200mm的混凝土灌漿導(dǎo)管，長(zhǎng)度7.5m的一期槽段下三套灌漿導(dǎo)管，并將兩側(cè)導(dǎo)管和槽端的距離控制在1.0-1.5m；長(zhǎng)度8.2m的二期槽段因采用的是套接抓頭形式，也下設(shè)三套導(dǎo)管，兩側(cè)導(dǎo)管和孔端的距離控制在1.0m，導(dǎo)管間距在3.5m以內(nèi)。一期槽段和二期槽段內(nèi)下設(shè)的灌漿導(dǎo)管底部與槽孔底板間距均控制在0.25m以內(nèi)，如果槽底高差超出0.25m，則應(yīng)將灌漿導(dǎo)管設(shè)置在最低位置。在進(jìn)行混凝土灌注前還應(yīng)將一可浮起的隔離球置入導(dǎo)管內(nèi)，先灌注水泥砂漿，后灌注混凝土，將塞球擠出后埋住導(dǎo)管底端，防止水泥砂漿和混凝土發(fā)生混合。持續(xù)灌注期間按照30min和2h的時(shí)間間隔測(cè)量混凝土液面及導(dǎo)管內(nèi)混凝土面，并依據(jù)混凝土液面上升速度調(diào)整導(dǎo)管提升尺寸。埋入混凝土漿液內(nèi)的導(dǎo)管長(zhǎng)度應(yīng)控制在1.0-6.0m范圍內(nèi)。待槽孔內(nèi)混凝土液面升至槽口后，通過(guò)泥漿泵將濃漿抽出后提升導(dǎo)管，通過(guò)導(dǎo)管埋設(shè)深度的減小增大混凝土漿液沖擊力。待混凝土液面高出設(shè)計(jì)墻頂標(biāo)高50cm后停止?jié)仓?，拔除?dǎo)管。

2.4 槽段接頭處理

本水庫(kù)治理工程薄壁抓斗施工過(guò)程中相鄰槽段通過(guò)接頭管方式連接，搭接尺寸具體見圖3，在安裝接頭管之前必須逐段檢查和清理接頭管，合格的接頭管通過(guò)汽車吊裝至槽口連接。安裝時(shí)必須準(zhǔn)確定位接頭管中心線，并以垂直方式緩慢勻速下放，待其與槽底相距50cm時(shí)快速插裝。為避免混凝土漿液從側(cè)底部流出，還應(yīng)在接頭管背面填粗砂，并采用木楔將接頭管上部和導(dǎo)墻塞緊。在混凝土澆筑結(jié)束2-3h后起拔機(jī)以400MPa的起拔力夾緊接頭管后輕輕頂拔并回落，頂拔尺寸為10cm/次，頂拔長(zhǎng)度達(dá)0.5-1.0m后若接頭管無(wú)任何混凝土漿液涌出跡象，則應(yīng)將頂拔頻率調(diào)整為30min拔出1.0-1.0m，最后將接頭管全部拔出并沖洗干凈，以備循環(huán)使用[3]。

圖3 槽段接頭示意圖

3 結(jié) 論

幸福水庫(kù)治理工程薄壁抓斗防滲墻施工過(guò)程中共澆筑混凝土5246m3，在施工過(guò)程中因砂層較厚，泥漿濃度大、比重小，鉆速過(guò)快等原因，而導(dǎo)致塌孔1槽，調(diào)整施工方案后情況明顯扭轉(zhuǎn)，并未對(duì)施工工期、質(zhì)量及施工安全造成不利影響。施工結(jié)果也表明，防滲墻成槽工藝的合理性及所制備泥漿的性能高低是影響薄壁液壓防滲墻成槽施工質(zhì)量的關(guān)鍵，還應(yīng)加強(qiáng)混凝土灌注方法的選擇以避免防滲墻體病害的發(fā)生。